CN102484298B - 电池模块和用于冷却电池模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池模块和用于冷却电池模块的方法。所述电池模块包括电池单元和邻近于电池单元布置的冷却翅片。冷却翅片包括实心板以及分别从实心板的第一和第二边缘延伸的第一和第二突片部。第一和第二突片部被构造成相对于电池单元的正表面垂直地弯曲。来自电池单元的热能通过冷却翅片耗散。所述电池模块还包括与冷却翅片的第一突片部接触的第一冷却歧管。第一冷却歧管具有延伸穿过其中并接纳流体的至少一个流动通道。第一冷却歧管将热能从冷却翅片传导至流过第一冷却歧管的流体以冷却电池单元。

Description

电池模块和用于冷却电池模块的方法

技术领域

本专利申请涉及电池模块和用于冷却电池模块的方法。

背景技术

在通常的空气冷却式电池组中，来自环境大气的环境空气沿电池组中的电池单元被导向并且随后从电池组排出。然而，在将电池组的温度保持在期望温度范围内的方面，通常的空气冷却式电池组具有很大的困难。

具体地讲，电池单元的最大运行温度往往会低于用来冷却电池的环境空气的温度。在这种情况下，不可能将空气冷却式电池组中的电池单元保持在期望温度范围内。

因此，本发明人已经认识到需要改进电池模块和用于冷却电池模块并最小化和/或消除上述不足的方法。

发明内容

提供了一种根据一个示例性实施例的电池模块。该电池模块包括电池单元和邻近于电池单元设置的冷却翅片。冷却翅片具有实心板以及分别从实心板的第一和第二边缘延伸的第一和第二突片部。第一和第二突片部被构造成与电池单元的正表面垂直地弯曲。冷却翅片被构造成从电池单元向其提取热能。电池模块还包括与冷却翅片的第一突片部接触的第一冷却歧管。第一冷却歧管具有延伸穿过其中的至少一个流动通道，该至少一个流动通道被构造成接纳穿过其中的流体。第一冷却歧管被构造成将热能从冷却翅片传导至流过第一冷却歧管的流体内以冷却电池单元。

提供了一种根据另一个示例性实施例的用于冷却电池模块的方法。该电池模块具有电池单元和邻近于电池单元设置的冷却翅片。电池模块还包括与冷却翅片接触的第一冷却歧管。冷却翅片具有实心板以及分别从实心板的第一和第二边缘延伸的第一和第二突片部。该方法包括将热能从电池单元传导至冷却翅片的实心板。该方法还包括将热能从冷却翅片的第一突片部传导至第一冷却歧管内。该方法还包括在第一冷却歧管中接纳流体并将热能从第一冷却歧管传导至流过其中的流体以冷却电池单元。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的具有电池模块的电池系统的示意图；

图2是根据另一个示例性实施例的图1的电池系统中使用的电池模块的示意图；

图3是图2的电池模块的另一个示意图，其中一冷却歧管从其移除；

图4是图2的电池模块的一部分的放大示意图；

图5是图2的电池模块的一部分的另一个放大示意图；

图6是图2的电池模块的一部分的分解图的示意图；

图7是围绕图2的电池模块中使用的冷却翅片的两个矩形环状壁的示意图；

图8是图7的冷却翅片的示意图；

图9是图2的电池模块中使用的冷却歧管的示意图；

图10是图9的冷却歧管的横截面示意图；

图11是图9的冷却歧管的另一个横截面示意图；

图12是根据另一个示例性实施例的用于冷却电池模块的方法的流程图；并且

图13是根据另一个示例性实施例的另一个电池系统的示意图。

具体实施方式

参见图1，示出了根据一个示例性实施例的用于产生电力的电池系统10。电池系统10包括电池模块20、压缩机22、冷凝器24、导管28、30、32、温度传感器36、风扇38和微处理器40。电池模块20的优点是，电池模块利用具有与冷却歧管接触的外部突片部的冷却翅片将热能从电池单元传递至冷却歧管，以冷却电池单元。

为了理解，术语“流体”表示液体或气体。例如，流体可包括冷却剂或制冷剂。示例性冷却剂包括乙二醇和丙二醇。示例性制冷剂包括R-11、R-12、R-22、R-134A、R-407C和R-410A。

参见图1-5，电池模块20被设置成用于在其中产生电压。电池模块20包括电池单元组件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、冷却翅片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、以及冷却歧管120、122、124、126。

电池单元组件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82被设置成用于产生电压。电池单元组件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82中的每一个具有矩形环状框架构件，该构件具有允许将电池单元组件联接并固定到一起的接合特征部。

参见图3和图6，电池单元组件各自具有基本上相似的结构。因此，下面将仅详细描述电池单元组件60、62。电池单元组件60包括矩形环状框架构件140、电池单元142、144、以及矩形环状框架构件146。每一个矩形环状框架构件140、146具有允许将框架构件140、146联接并固定到一起的接合特征部。如图所示，两个电池单元142、144都固定在矩形环状框架构件140、146之间。

应该指出的是，在电池模块20中，每一个电池单元具有基本上相似的结构。因此，下面将仅详细描述电池单元142的结构。电池单元142包括主体部分160、周边唇缘部162和从主体部分160向上延伸的电极164、166。周边唇缘部162围绕主体部分160的周边延伸。电极164、166从主体部分150向外延伸并在两者间产生电压。根据电池模块20的期望电压和电流，电池模块20的电池单元的电极可串联或并联地电联接到一起。在一个示例性实施例中，每个电池单元为锂离子电池单元。在替代实施例中，电池单元可以是例如镍镉电池单元或镍金属氢化物电池单元。当然，可以使用本领域的技术人员已知的其它类型的电池单元。

参见图3、6、7和8，冷却翅片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112被设置成用于将热能从电池单元传导至冷却翅片内。冷却翅片中的每一个具有基本上相似的结构，并由铜、铝和钢中的至少一种构成。因此，下面将仅详细描述冷却翅片90的结构。冷却翅片90包括实心的矩形板180、突片部182、184、186、188以及塑性端部190、192。

突片部182、184从矩形板180的第一边缘向外延伸。此外，突片部182、184在第一方向上相对于板180垂直弯曲，使得突片部182、184被设置成抵靠电池单元组件62的侧表面。突片部182、184也垂直于电池单元144的正表面。突片部182、184分别接触冷却歧管120、122，使得冷却歧管120、122将热能传导离开冷却翅片90。

突片部186、188从矩形板180的第二边缘向外延伸。此外，突片部186、188在第一方向上相对于板180垂直弯曲，使得突片部186、188被设置成抵靠电池单元组件62的侧表面。突片部186、188也垂直于电池单元144的正表面。突片部186、188分别接触冷却歧管124、126，使得冷却歧管124、126将热能传导离开冷却翅片90。

塑性端部190、192分别设置在冷却翅片90的底端和顶端。塑性端部190、192超声焊接到冷却翅片90。

再次参见图6，电池单元组件60包括矩形环状框架构件210、电池单元212、214、以及矩形环状框架构件216。矩形环状框架构件210、216中的每一个具有允许将框架构件210、216联接并固定到一起的接合特征部。如图所示，两个电池单元212、214都固定在矩形环状框架构件210、216之间。此外，电池模块60的框架构件146和电池模块62的框架构件210分别具有允许将框架构件146、210与设置在它们之间的冷却翅片90联接并固定到一起的接合特征部。

参见图1、2、9、10和11，冷却歧管120、122、124、126被构造成允许流体流过其中以从接触冷却歧管的冷却翅片移除热能。冷却歧管120、122设置在电池模块20的第一侧，并且冷却歧管124、126设置在电池模块20的第二侧。此外，冷却歧管120、122、124、126流体联接在导管28、30之间，使得流体从导管28流入冷却歧管，然后流体通过冷却歧管流入导管30。冷却歧管120、122、124、126利用诸如螺钉或粘合剂的已知联接装置或粘合剂联接到电池单元组件。

参见图2、9、10和11，冷却歧管120、122、124、126的结构彼此基本上相似。因此，下面将仅详细讨论冷却歧管120的结构。冷却歧管120包括在第一方向上延伸的外矩形环状壁230和设置在外矩形环状壁230内的内壁230、232、234、236、238、240、242、244、246、248、250、252、254、256。外矩形环状壁230和设置在由壁230限定的内部区域的内部的内壁进一步限定了在其中的流动通道270、272、274、276、278、280、282、284、286、288、290、292、294、296。流动通道被构造成允许流体流过其中以从冷却歧管120提取热能。冷却歧管由铜和铝中的至少一种构成。

参见图1和2，在运行期间，在一个示例性实施例中，热能从电池单元组件60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82传导进入冷却翅片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112以冷却电池单元组件。冷却翅片进一步将热能传导至冷却歧管120、122、124、126。流体流过冷却歧管120、122、124、126以将热能从冷却歧管传导至流体内。

冷却翅片90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112和冷却歧管120、122、124、126将电池单元保持在期望温度范围内，并且尤其可将电池单元保持在低于阈值温度水平的温度。在一个示例性实施例中，期望温度范围为15C至35C。在另一个示例性实施例中，阈值温度水平为40C。

再次参见图1，在一个示例性实施例中，压缩机22被构造成响应于来自微处理器40的控制信号将制冷剂通过导管28泵送到电池模块20的冷却歧管120、122、124、126中。导管30也流体联接到电池模块20的冷却歧管120、122、124、126。导管30接纳来自冷却歧管120、122、124、126的制冷剂并将制冷剂送到冷凝器24。

冷凝器24被设置成用于从流过其中的制冷剂提取热能以冷却制冷剂。如图所示，导管32流体联接在冷凝器24和压缩机22之间。在离开冷凝器24之后，制冷剂被通过导管32泵送至压缩机22。

温度传感器36被设置成用于产生由微处理器40接收的信号，该信号指示设置在壳体60中的电池单元的温度水平。

风扇38被设置成用于响应于来自微处理器40的控制信号迫使空气经过冷凝器24，以冷却冷凝器24。如图所示，风扇38被设置成邻近冷凝器24。

微处理器40被设置成用于控制电池系统10的运行。具体地讲，微处理器40被构造成产生控制信号，该信号用于在来自温度传感器36的信号指示电池单元的温度水平高于预定温度水平时诱发压缩机22将制冷剂泵送经过电池模块20的冷却歧管。此外，微处理器40被构造成产生另一个控制信号，该信号用于在来自温度传感器36的信号指示电池单元的温度水平高于预定温度水平时诱发风扇38将空气吹过冷凝器24。

参见图6、7和12，现在将说明用于冷却具有电池单元的电池模块20的方法的流程图。为了简单起见，将仅描述一个电池单元、一个冷却翅片和两个冷却歧管。

在步骤320中，将热能从电池单元144传导至冷却翅片90的实心板180内。

在步骤322中，将热能从冷却翅片90的实心板180传导至分别设置在实心板180的第一边缘和第二边缘上的突片部182、186内。

在步骤324中，将热能从冷却翅片90的突片部182传导至冷却歧管120内。

在步骤326中，冷却歧管120将流体接纳在其中并将热能从冷却歧管120传导至流过其中的流体内以冷却电池单元144。

在步骤328中，将热能从冷却翅片90的突片部186传导至冷却歧管124内。

在步骤330中，冷却歧管124将流体接纳在其中并将热能从冷却歧管124传导至流过其中的流体内以冷却电池单元144。

参见图13，示出了根据另一个示例性实施例的用于产生电力的电池系统410。电池系统410包括电池模块420、泵422、热交换器424、冷板425、储存器426、导管428、430、431、432、434、温度传感器436、风扇437、制冷系统438、以及微处理器440。电池系统410和电池系统10之间的主要区别在于电池系统410采用冷却剂而不是制冷剂来冷却电池模块420。

电池模块420具有与以上讨论的电池模块20相同的结构。

泵422被构造成响应于来自微处理器440的控制信号将冷却剂通过导管428泵送到电池模块420的冷却歧管中。如图所示，导管428流体联接在泵422和电池模块420之间，并且导管430流体联接在电池模块420的冷却歧管和热交换器424之间。在离开电池模块420的冷却歧管之后，冷却剂被通过导管430泵送至热交换器424。

热交换器424被设置成用于从流过其中的冷却剂提取热能以冷却冷却剂。如图所示，导管431流体联接在热交换器424和冷板425之间。在离开热交换器424之后，冷却剂被通过导管431泵送至冷板425。

风扇437被设置成用于响应于来自微处理器440的控制信号迫使空气经过热交换器424，以冷却热交换器424。如图所示，风扇437被设置成邻近热交换器424。

冷板425被设置成用于从流过其中的冷却剂提取热能以进一步冷却冷却剂。如图所示，导管422流体联接在冷板425和储存器426之间。在离开冷板425之后，冷却剂被通过导管432泵送至储存器426。

储存器426被设置成用于在其中储存冷却剂的至少一部分。如图所示，导管434流体联接在储存器426和泵422之间。在离开储存器426之后，冷却剂被通过导管434泵送至泵422。

温度传感器436被设置成用于产生由微处理器440接收的信号，该信号指示电池模块420中的至少一个电池单元的温度水平。

制冷系统438被设置成用于响应于来自微处理器440的控制信号冷却热交换器424。如图所示，制冷系统438可操作地联接到冷板425。

微处理器440被设置成用于控制电池系统410的运行。具体地讲，微处理器440被构造成产生控制信号，该信号用于在来自温度传感器436的信号指示至少一个电池单元的温度水平高于预定温度水平时诱发泵422将制冷剂泵送通过电池模块420的冷却歧管。此外，微处理器440被构造成产生另一个控制信号，该信号用于在来自温度传感器436的信号指示至少一个电池单元的温度水平高于预定温度水平时诱发风扇437将空气吹过热交换器424。此外，微处理器440被构造成产生另一个控制信号，该信号用于在来自温度传感器436的信号指示至少一个电池单元的温度水平高于预定温度水平时诱发制冷系统438冷却冷板425。

电池模块和用于冷却电池模块的方法相对于其它模块和方法提供了明显的优点。具体地讲，该电池模块和方法提供了利用具有外突片部的冷却翅片冷却电池模块中的电池单元的技术效果，该外突片部接触冷却歧管以将热能从电池单元传递至冷却歧管以冷却电池单元。

虽然已经结合示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变，并且可以用等同物替代本发明的要素。此外，在不脱离本发明实质范围的情况下，基于本发明的教导可进行许多修改以适应特定的情况或材料。因此，本发明并不旨在局限于为实施本发明而公开的特定实施例，本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。此外，术语第一、第二等的使用是为了区分一个元件与另一元件。另外，术语一个、一种等的使用并不表示限制数量，而是表示存在至少一个所引用的项目。

Claims (13)

1.一种电池模块，包括：

电池单元；和

邻近于所述电池单元设置的冷却翅片，所述冷却翅片具有实心板以及分别从所述实心板的第一和第二边缘延伸的第一和第二突片部，所述第一和第二突片部被构造成与所述电池单元的正表面垂直地弯曲，所述冷却翅片被构造成从所述电池单元向所述冷却翅片提取热能；和

与所述冷却翅片的所述第一突片部接触的第一冷却歧管，所述第一冷却歧管具有在第一方向上延伸的外矩形环状壁，所述外矩形环状壁限定了穿过其中的至少一个流动通道，所述至少一个流动通道被构造成接纳穿过其中的流体，所述第一冷却歧管被构造成将热能从所述冷却翅片传导至流过所述第一冷却歧管的流体中以冷却所述电池单元。

2.根据权利要求1所述的电池模块，还包括与所述冷却翅片的所述第二突片部接触的第二冷却歧管，所述第二冷却歧管具有延伸穿过其中的至少一个流动通道，所述至少一个流动通道被构造成接纳穿过其中的流体，所述第二冷却歧管被构造成将热能从所述冷却翅片传导至流过所述第二冷却歧管的流体中以冷却所述电池单元。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述冷却翅片的所述实心板是矩形形状的。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述冷却翅片由铜、铝和钢中的至少一种构成。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一冷却歧管由铜和铝中的至少一种构成。

6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体为冷却剂。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述冷却剂包括乙二醇和丙二醇中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述流体为制冷剂。

9.一种用于冷却电池模块的方法，所述电池模块具有电池单元、邻近于所述电池单元设置的冷却翅片、以及与所述冷却翅片接触的第一冷却歧管，所述冷却翅片具有实心板以及分别从所述实心板的第一和第二边缘延伸的第一和第二突片部，所述方法包括：

将热能从所述电池单元传导至所述冷却翅片的所述实心板中；

将热能从所述冷却翅片的所述第一突片部传导至所述第一冷却歧管中；以及

在所述第一冷却歧管中接纳流体并将热能从所述第一冷却歧管传导至流过其中的所述流体中以冷却所述电池单元，所述第一冷却歧管具有在第一方向上延伸的外矩形环状壁。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将热能从所述冷却翅片的所述第二突片部传导至第二冷却歧管中；以及

在所述第二冷却歧管中接纳流体并将热能从所述第二冷却歧管传导至流过其中的所述流体中以冷却所述电池单元。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体为冷却剂。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述冷却剂包括乙二醇和丙二醇中的至少一种。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体为制冷剂。